Terremoti e rischio sismico

Geologia dell’Ambiente

Università degli Studi dell’Aquila

Corso di laurea Magistrale in Gestione degli Ecosistemi Terrestri e Marini

Dr. Carlo Alberto Cucchia

“Il valore della pianificazione diminuisce con la complessità degli

eventi”

Imperatore Ottaviano Augusto

Introduzione:

I terremoti sono vibrazioni della superficie terrestre, provocate da

un'improvvisa liberazione di energia in un punto profondo della crosta terrestre; da

questo punto si propagano in tutte le direzioni una serie di onde elastiche, dette

"onde sismiche".

Dove nasce un terremoto?

Sono legati ai movimenti delle placche che formano la crosta terrestre.

Spostamenti differenziali danno luogo a deformazioni elastiche che possono arrivare a vincere la resistenza delle rocce.

Si hanno allora movimenti, rapidi, lungo le faglie: le rocce deformate e spostate “scattano” lungo una faglia sotto gli sforzi elastici, finchè la deformazione è eliminata, parzialmente o totalmente.

Le onde sismiche:

• Onde longitudinali (P)

Le onde P fanno oscillare la roccia avanti e indietro nella stessa direzione di propagazione dell'onda.

Generano quindi "compressioni" e "rarefazioni" successive nel materiale in cui si propagano.

La velocità di propagazione dipende dalle caratteristiche elastiche del materiale; poiché le onde P si propagano più rapidamente, sono anche le prime (P = Primae) a raggiungere i sismometri, e quindi ad essere registrate dai sismografi.

Nella crosta terrestre tali onde viaggiano a una velocità che può raggiungere anche i 10 km al secondo.

Le onde sismiche:

• Onde di taglio o trasversali (S)

Le onde S muovono la roccia perpendicolarmente alla loro direzione di propagazione (onde di taglio).

Esse sono più lente delle onde P, viaggiando nella crosta terrestre con una velocità fra 2,3 e 4,6 km/s.

Le onde S non possono propagarsi attraverso i fluidi perché questi non oppongono resistenza al taglio.

Le onde sismiche:

• Onde superficiali (R e L)

Le onde superficiali, a differenza di quello che qualcuno potrebbe pensare, non si manifestano dall'epicentro (il corrispondente verticale sulla superficie dell'ipocentro), ma solo ad una certa distanza da questo.

Tali onde sono il frutto del combinarsi delle onde P e delle onde S, sono perciò molto complesse (nonché irregolari).

Le onde superficiali sono quelle che provocano i maggiori danni.

Le scale:

L'intensità dei terremoti è valutata secondo:

• la MAGNITUDO RICHTER (Charles Francis Richter), che fornisce una valutazione obiettiva della quantità di energia liberata.

• o la SCALA MERCALLI (Giuseppe Mercalli), assegna un grado agli effetti sull'ambiente.

magnitudo Richter energia (J) grado Mercalli

< 3,5 < 1,6 · 107 I

3,5 1,6 · 107 II

4,2 7,5 · 108 III

4,5 4 · 109 IV

4,8 2,1 · 1010 V

5,4 5,7 · 1011 VI

6,1 2,8 · 1013 VII

6,5 2,5 · 1014 VIII

6,9 2,3 · 1015 IX

7,3 2,1 · 1016 X

8,1 > 1,7 · 1018 XI

> 8,1 - XII

Magnitudo Richter

MAGNITUDO RICHTER

EFFETTI SISMA

0- 1.9 può essere registrato solo mediante adeguati apparecchi.

2- 2.9 solo coloro che si trovano in posizione supina lo avvertono; un pendolo si muove

3- 3.9 poca gente lo avverte come un passaggio di un camion; vibrazione di un bicchiere

4- 4.9normalmente viene avvertito; un pendolo si muove notevolmente; bicchieri e piatti scrocchiano; piccoli danni

5- 5.9 tutti lo avvertono scioccante; possibili fessurazioni sulle mura; i mobili si spostano; alcuni feriti

6- 6.9 Tutti lo percepiscono; eventualmente panico; crollo delle case; spesso feriti; pericolo di vita; onde alte

7- 7.9 panico; pericolo di vita negli edifici; solo alcune costruzioni rimangono illese; morti e feriti

8- 8.9 ovunque pericolo di vita; edifici inagibili; onde alte sino a 40 metri

> 9 catastrofe; eventualmente un grande spostamento della superficie terrestre

Scala MercalliGRADO SCOSSA DESCRIZIONE

I strumentale non avvertito

II leggerissima avvertito solo da poche persone in quiete, gli oggetti sospesi esilmente possono oscillare

III leggera avvertito notevolmente da persone al chiuso, specie ai piani alti degli edifici; automobili ferme possono oscillare lievemente

IV mediocre avvertito da molti all'interno di un edificio in ore diurne, all'aperto da pochi; di notte alcuni vengono destati; automobili ferme oscillano notevolmente

V forte avvertito praticamente da tutti, molti destati nel sonno; crepe nei rivestimenti, oggetti rovesciati; a volte scuotimento di alberi e pali

VI molto forte avvertito da tutti, moltispaventati corrono all'aperto; spostamento di mobili pesanti, caduta di intonaco e danni ai comignoli; danni lievi

VII fortissima tutti fuggono all'aperto; danni trascurabili a edifici di buona progettazione e costruzione, da lievi a moderati per strutture ordinarie ben costruite; avvertito da persone alla guida

di automobili

VIII rovinosa danni lievi a strutture antisismiche; crolli parziali in edifici ordinari; caduta di ciminiere, monumenti, colonne; ribaltamento di mobili pesanti; variazioni dell'acqua dei pozzi

IX disastrosa danni a strutture antisismiche; perdita di verticalità a strutture portanti ben progettate; edifici spostati rispetto alle fondazioni; fessurazione del suolo; rottura di cavi sotterranei

X disastrosissima distruzione della maggior parte delle strutture in muratura; notevole fessurazione del suolo; rotaie piegate; frane notevoli in argini fluviali o ripidi pendii

XI catastrofica poche strutture in muratura rimangono in piedi; distruzione di ponti; ampie fessure nel terreno; condutture sotterranee fuori uso; sprofondamenti e slittamenti del terreno in

suoli molli

XII grande catastrofe

danneggiamento totale; onde sulla superfice del suolo; distorsione delle linee di vista e di livello; oggetti lanciati in aria

Condizioni del terreno e sismicità:

• Densità del terreno: influenza il comportamento delle onde. (roccia – propagazione maggiore; coltri alluvionali – effetto cuscino).

• Attenuazione dell’intensità: su roccia viene dissipata in minor tempo, mentre su formazioni tenere ha durata maggiore ma si sviluppa meno violentemente (è necessario quindi definire le caratteristiche dinamiche degli edifici in relazione al suolo e al sottosuolo su cui poggiano).

• Vibrazioni che insistono in un terreno privo di coesione: inducono il cedimento superficiale.

• Liquefazione: sabbie e limi saturi d’acqua poco assestati, tendono a perdere ogni resistenza e a comportarsi come fluidi durante un terremoto.

Effetti del terremoto:• Scuotimento del terreno con conseguente crollo o interdizioni di strutture

abitative e di centri essenziali alla vita sociale, nonché una sproporzione tra i mezzi e il personale di soccorso e le vittime (*).

• Voragini, fault creep, subsidenza, frane smottamenti che causano effetti secondari: es. interruzione acquedotti, interdizione vie di comunicazione; frane e trasporti di massa (in un raggio di 40km dall’epicentro). Il tutto è particolarmente influenzato dalle condizioni meteo.

• Effetti secondari e conseguenti all’evento: situazione di panico e confusione, necessità di gestione degli sfollati, probabile assenza di beni essenziali (acqua, luce, gas).

• NB: l’effetto del terremoto a parità di intensità, potrebbe essere oggetto di fattore moltiplicativo in funzione del momento della giornata.

Previsione di terremoti:• Scopo della previsione è di ridurre le perdite di vite umane e danni alle

cose.

• Attualmente non esiste alcun metodo che permetta di prevedere esattamente data, luogo e dimensione. Ma è possibile fare una previsione in termini di probabilità basata sullo storico.

• Ciò significa studiare la sismicità storica da un lato, e dall’altro seguire i fenomeni sismici in atto.

• Fenomeni precursori: studio e rilevamento di valori anomali di certi parametri o grandezze (onde P, che possono rallentare fino al 10%); sollevamento e subsidenza.

• Precursori geochimici, gas inerti come Ar, Rn, He, Ne, Xe liberati prima di un terremoto e individuabili nelle acque sotterranee limitrofe. Variazione dei livelli di pozzi e portata di sorgenti (acqua torbida). ∆t acque.

Movimenti lungo le faglie:

• Le zone di faglia non consistono in una singola faglia ma in numerose rotture tra loro parallele o intersecatesi.

• Tuttavia i movimenti si concentrano in zone denominate “maestre”, le maggiori strutture sismogenetiche. Da qui si può estrapolare un andamento probabilistico.

• Rocce flesse o piegate in corrispondenza di faglie rappresentano accumuli di tensione che preludono ad uno “scatto” sismico. (misurazioni tramite triangolazioni topografiche, distanziometri, clinometri – *necessitano di accurata interpretazione).

• Altri strumenti: sismografi, misuratori di resistività elettrica (Ω), magnetometri gravimetri ed estensimetri.

Indagini asismiche:

• Sono ricerche geologiche e storiche che servono al progettista per avere informazioni sui terremoti che ci si può aspettare in una certa zona.

• Mettendo insieme dati sismologici, geologici, e storici si può denominare una faglia attiva, potenzialmente attiva, di attività incerta o inattiva.

• La mancanza di dati storici, tuttavia, non basta a denominare una faglia inattiva. Vengono quindi denominate “di attività incerta”.

• Forme di erosione non sono necessariamente indicatori di faglie attive.

• Il geologo individua le zone che potrebbero essere soggette a fagliatura superficiale, fessurazione, liquefazione, franamenti o altri movimenti di massa tramite rilievi geofisici e foto aeree.

Pericolo e rischio sismico

• Come premesso la pianificazione territoriale – urbana deve tener conto necessariamente delle informazioni sulle probabilità di futuri terremoti

• Laddove non esistono dati sufficienti, gli ingegneri accettano un elemento di rischio superiore al normale.

• Il rischio sismico viene definito in funzione di: perdite o danni di vite e beni, strutture o servizi.

VALUTAZIONE RISCHIO

DIMENSIONE EVENTO QUANTITA’ VITE/BENI VULNERABILITA’

Pericolo e rischio sismico

• Per stabilire il livello di rischio si consulta un “archivio nazionale” (Servizi Tecnici di Roma – Servizio Sismico Nazionale).

• Si consultano inoltre “carte di sismicità” della zona (che comprendono statistiche e vari dati storici), “carte sismotettoniche” (per la localizzazione delle faglie), “telerilevamento” (radiazioni elettromagnetiche emesse, riflesse o trasmesse, che interagisce con le superfici fisiche di interesse

Zonazione sismica:• Strumento di pianificaizone regionale che prende in considerazione la

distribuzione del rischio sismico in una regione.

• Divide le zone a seconda del grado di rischio, sotto il profilo dello “storico” in funzione delle “fonti”.

Microzonazione sismica:

• A differenza della precedente (quadro d’insieme), queste tengono conto dei fatti e caratteri locali tecnico/geologici, nonché delle intensità.

• Delineano le aree fonte di terremoti e la loro massima intensità che ci si può attendere in una località in un certo periodo di tempo

• Di norma le carte di microzonazione sono legate a codici costruttivi (in funzione di incrementi di intensità macrosismica o a coefficienti sismici).

• Karnik e Algermissen (1978): evidenziano di prendere in esame fattori di accelerazione max o velocità di picco di una particella; nonché il periodo di scuotimento predominante.

Microzonazione sismica:

• Non esistono procedure standard per zonazione/microzonazione, inoltre esistono numerose variabili: i dati geologico-applicativi vanno riferiti alle condizioni del tempo che potrebbero influire sull’intensità.

• Tuttavia gli studi indicano che le zone oggetto di gravi danni sono molto localizzate, l’intensità può variare bruscamente su brevi distanze (condizioni del suolo, geologia locale, effetto conca/cresta).

• Le carte di microzonazione diventano più attendibili quando gli eventi sismici si verificano con più frequenza.

Sismicità indotta:

• L’azione antropica influisce, con le sue attività, a variare le condizioni locali di stress. (es. pressione interstiziale dell’acqua contenuta in una massa rocciosa potrebbe innescare un terremoto).

• Ne è l’esempio lo sciame di terremoti che ha colpito Denver dal ’62 al ’65, provocate dall’iniezione di rifiuti fluidi in un pozzo di 3660m. (pressione idrostatica nelle fessure della roccia attraversata).

• Effetti simili sono apprezzabili nei pozzi di petrolio ove venne inserita acqua per facilitare la fuoriuscita del petrolio. (scosse direttamente proporzionali alla quantità di acqua pompata).

• Dighe, miniere e grandi invasi hanno generato gli stessi effetti (vedi Bombay), anche a causa della variazione di acqua (non dalla pressione).